DE2343140B2 - Gaslaser - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Gaslaser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Gaslaser dieser Art (DT-OS 19 22 285) haben ein Entladungsrohr, das eine Kapillare sein und aus Glas oder Keramik bestehen kann. Das mit Gas gefüllte Entladungsrohr bildet einen Teil des optischen Hohlraumresonators, in dem der Laservorgang stattfindet. Die beiden Enden des Entladungsrohres sind durch 5» Brewster-Winkelfenster abgedichtet, die den Durchtritt von Laserstrahlung ohne Reflexion gestatten und die erzeugte Laserstrahlung polarisieren. In anderen Fällen, besonders bei billigen Helium-Neon-Lasern, dienen jedoch die den optischen Hohlraumresonator bildenden Reflektoren selbst als Abschlüsse.

Bekanntlich müssen zur Steuerung oder Beeinflus sung der in einem optischen Hohlraumresonator auftretenden Moden (Wellentypen) die Randverluste der Mode bestimmt werden. Wenn der Radius des optischen Hohlraumresonators (oder des Ausblendmittels des optischen Hohlraumresonators) feststeht, können die relativen Beugungsverluste errechnet werden. Aufgrund von Berechnungen läßt sich voraussagen, daß der Modus niedrigster Ordnung (TEMoo) kleinere Beugungsverluste aufweist als Moden hoher Ordnung. Wenn man den Resonatorradius entsprechend einstellt, kann man den Laservorgang auf den Grundiyp (Grundschwingungs-Modus) beschränken. Aus der Theorie und Praxis ist die Beziehung zwischen Modendurchraesser und Ausbiendmittel oder -öffnung

bekannt

Bei einem Gaslaser sind die Ausblendöffnung und die Randveriuste durch den Innendurchmesser des Entladungsrohres bestimmt Es ist zwar möglich, mit Hilfe von Spezialverfahren in eimm Entladungsrohr aus Glas oder Keramik eine Bohrung zu bilden, die über ihre gesamte Länge vollkommen gerade ist und eine vorbestimmte Ausblendöffnung (bestimmt durch den Wert des Innendurchmessers des Entladungsrohres) mit ausreichend hoher Toleranz aufweist; jedoch ist der mit solchen Spezialverfahren verbundene Aufwand für viele Arten von kommenden hergestellten Lasern untragbar hoch. In der Regel muß man für das Entladungsrohr ein im Handel erhältliches Kapillarrohr verwenden, bei dem die Toleranz des Innendurchmessers aber häufig nicht sicherstellt, daß die Ausblendöffnung denjenigen bestimmten Wert hat bei dem der Laser in seinem Grundtyp arbeitet und die Beugungsverlustc minimal sind. Metallrohr, beispielsweise korrosionsbeständiges Stahlrohr, ist im Handel mit einem Innendurchmesser erhältlich, der auf eine viel engere Toleranz bemessen ist als der Innendurchmesser von handelsüblichen Kapillarrohr aus Glas. Hartfeuerporzellan oder Kera mik.

Aus der DT-AS 11 91 483 ist bereits ein Gaslaser mn einem Entladungsrohr aus Quarz bekannt, das an beiden Enden abgedichtet ist und in seinen Enden oder in seinem Innenteil Einsätze in Form von eingekitteten quadratischen Glasröhrchen enthält, die axiale Schwingungen fördern sollen, aber keine besondere Maßgenauigkeit haben müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gaslaser der eingangs genannten Art mit höchster optischer Qualität anzugeben, der kommerziell mit geringerem Aufwand herstellbar ist als bekannte Gaslaser gleicher Qualität.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ciie kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Gaslaser mit geringem Aufwand hergestellt werden kann, da lediglich das F.insatzteil mit enger Toleranz des Innendurchmessers hergestellt werden muß. was ohne Schwierigkeiten möglich ist. Überraschend hat sich gezeigt, daß bei Verwendung eines solchen Einsatzteiles relativ große Toleranzen der Bohrung des Entladungsrohres keinen ungünstigen Einfluß auf Modentyp und Beugungsverluste hat. Eine in den Unteransprüchen gekennzeichnete Weiterbildung der Erfindung, bei der das Einsatzteil eine Endfläche im Brewster-Winkel hat und zugleich als Sitz für das Brewster-Fenster dient, hat den Vorteil, daß die optische Eintrittsöffnung des Brewster-Fensters genau den vorgeschriebenen Durchmesser hat.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Aufbau eines bekannten Gaslasers;

Fig.2 einen Teil eines gegenüber dem bekannten Gaslaser nach Fig. 1 abgewandelten Gaslasers gemäß dem Ausführungsbeispicl der Erfindung; und

F i g. 3,4 und 5 Einzelheiten von Teilen des Gaslasers gemäß dem Aiisführungsbcispiels.

Der in F i g. 1 dargestellte handelsübliche Gaslaser 10 hat ein Entladungsrohr 12 aus Glas mit einer durchgehenden Bohrung 14. Das linke Ende der

Bohrung 14 ist mit einem daran befestigten Spiegel 16 abgedichtet, der das linke Ende des Entladungsrohres 12 abschließt Das rechte Ende der Bohrung 14. ist mit einem daran befestigten Spiegel 18 abgedichtet, der das rechte Ende des Entladungsrohres 12 a!»chließt. Ein das Entladungsrohr 12 umgebender Kraben 20 ist an seinen beiden Enden auf der Außenseite des Entladungsrohres 12 befestigt, wie gezeigt Ein die Wandung des Entladungsrohres 12 durchsetzendes Loch 22 s teilt die Verbindung zwischen der Bohrung 14 und dem Inneren des Kolbens 20 her. Die Bohrung 14 und das Innere des Kolbens 20 sind mit einem ein aktives Lasermedium enthaltenden Gas, beispielsweise einem Gemisch aus Helium und Neon gefüllt

In der Nähe des linken Endes der Bohrung 14 ist in Verbindung mit dieser eine Anode 24 angebracht, die eine Anschlußverbindung zur Außenseite des Lasers 10 herstellt Koaxial oder konzentrisch zur Längsachse der Bohrung 14 ist im Inneren des Kolbens 20 im Abstand vom Fndadungsrohr 12 eine kalte Kathode 26 angeordnet Ein Kontaktstift 28 stellt die Anschlußverbindung /wischen der Kathode 26 und der Außenseite des Ciaslasers 10 her. Bei Anlegen einer geeigneten positiven Spannung an die Anode 24 und einer geeigneten negativen Spannung an die kalte Kathode 26 über den Kontaktstift 28 findet eine Gasentladung von der Anode 24durch die Bohrung 14, das Loch 22 und das Innere des Kolbens 20 zur Kathode 26 statt. Durch die Anwesenheit eines einspringenden oder nach innen vorstehenden Rohrteils 30 des Kolbens 20 wird erreicht. daß der Gasentladungsweg einen größeren Bereich der Oberfläche der Kathode 26 als ohne diesen Rohrteil 30 einschließt. Bei Stattfinden einer solchen Gasentladung wird Laserstrahlung innerhalb der Bohrung erzeugt, die den durch die Spiegel 16 und 18 abgeschlossenen optischen Hohlraumresonator bildet. Mindestens einer der Spiegel 16 und 18 ist teilweise durchlässig, so daß vom Gaslaser 10 ein Laserlicht erhalten werden kann.

Der erfindungsgemäße Gaslaser ist ähnlich aufgebaut wie der Gaslaser nach Fig. 1, außer daß das Entladungsrohr 12 und die Bohrung 14 etwas anders geformt und mit einem Einsatz versehen sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig.2 hat das Entladungsrohr 12-2 mit der Bohrung 14-2 eine Aussenkung 32-2, die vom einen Ende bis zu einer gegebenen Stelle 34-2 zwischen den Enden des Entladungsrohres 12-2 reicht. Im übrigen ist das Entladungsrohr 12-2 nach Fi g. 2 gleich ausgebildet wie das Entladungsrohr 12nach Fig. 1.

Wie man aus Fig.2 sieht, hat die Bohrung des Entladungsrohres 12-2 einen ersten Durchmesser in der Aussenkung 32-2 und einen zweiten, kleinei ν η Durchmesser im übrigen Teil der Bohrung 14-2 von der gegebenen Stelle 32-2 bis zum anderen linde des Entladungsrohres 12-2.

Gänzlich innerhalb der Aussenkung 32-2 befindet sich ein Hinsatz mit einem Brewster-Winkelfenster 36. einem ersten hohlzylindrischen Teil 38 und einem zweiten hohl/ylindrischen Teil 40. Einzelheiten eines typischen Ausfühiungsbeispiels des Brewster-Winkellcnstcrs 36, des ersten hohizylindrischen Teils 38 und des /weiten hohlzyündrischen Teils 40 sind in F i g. 3, 4 bzw. 5 gezeigt

Wie in F i g. 2 gezeigt, ist der Innendurchmesser des ersten Teils 38 etwas kleiner als der Innendurchmesser des die Bohrung 14-2 bildenden Entladungsrohres 12-2. Gemäß Fig.4 hat das erste Teil 38, das vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Stahlrohr mit einem Außen durchmesser von 0318 cm und einer Wanddicke von 0.0826 cm besteht so daß sich ein Innendurchmesser von 0.153 cm ergibt eine Gesamtlänge von 1,27 cm. Wie in F i g. 4 gezeigt ist die eine Stirnfläche des ersten Teils 38 im wesentlichen senkrecht zur Achse des ersten Teils 38 angeordnet während die andere Stirnfläche des ersten Teils 38 im Brewsterschen Winkel des verwendeten Fenstermaterials von 34° 31' zur erwähnten einen Stirnfläche angeordnet ist.

Wie in Fig.5 gezeigt, ist das ebenfalls aus korrosionsbeständigem Stahlrohr gefertigte zweite Teil 40 identisch ausgebildet wie das erste Teil 38, außer das es bei einem Außendurchmesser von 0.318 cm eine Wanddicke von nur 0,0318 cm hat. so daß sein Innendurchmesser 0.254 cm beträgt, statt 0.153 cm wie beim ersten Teil 38. Ferner ist das zweite Teil 40 ursprünglich etwas deformiert, so daß es einen anfänglichen maximalen Außendurchniesscr von 0,33 cm mit einer Toleranz von ±0.005 cm hat und damit eine gewisse Unrundheit aufw eist.

Der Durchmesser der Aussenkung 32-2 nach F i g· -beträgt ungefähr 0,318 cm. Wie in F i g. 2 gezeigt, wird zuerst das erste Teil 38 in die Aussenkung 32-2 eingeschoben und mit seiner senkrechten Stirnflache an das Ende der Aussenkung 32-2 angesetzt. Sodann wird das Brewster-Fenster 36 in die Aussenkung 32-2 so eingesetzt, daß es mit seiner einen Oberfläche über im wesentlichen deren gesamten Umfang auf der abgew in kelten Stirnfläche des ersten Teils 38 aufliegt. Wie weiter in Fig. 2 gezeigt, liegt das /weite Teil 40 mit seiner im Brewsterschen Winkel geneigten Stirnfläche auf der anderen Oberfläche des Brewster-Fensters 36 über im wesentlichen deren gesamten Umfang auf. Wenn das zweite Teil 40, wie in F i g. 2 gezeigt, gänzlich innerhalb der Aussenkung 32-2 angeordnet ist. drückt es wegen seiner anfänglichen Unrundheit als Fedcrkl.im mer gegen die Wand der Aussenkung 32-2, so daß alle drei Teile des Einsatzes fest in der Aussenkung 12-2 eingespannt sind.

Die Ausblendöffnung der Bohrung in der Anordnung nach F i g. 2 ist durch den Innendurchmesser des ersten Teils 38 des Einsatzes bestimmt. Da die Toleranz des Innendurchmessers des ersten Teils 38 über seine Lange beträchtlich höher ist, als die Toleranz des Innendurchmessers des Entladungsrohres 12-2 über ilen die Bohrung 14-2 bildenden Teil seiner Länge, wird eine Laserwirkung im Grundtyp mit kleineren Beugungsvcr Insten erhalten. Ferner wird durch die Anwcnscnhcit des Brewster Winkelfer.sters 36 die erzeugte Laserstrahlung polarisiert, was bei einem optischen Hohl raumresonator nach Fig. 1. der durch angeformt Spiegel 16und 18 gebildet ist. nicht der Fall wäre.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

23 43 Patentansprüche:

1. Gaslaser mit einem koaxial zur optischen Achse des optischen Resonators angeordneten Entladungsrohr, dessen Längsbohrung an beiden Enden abgedichtet und mit einem ein aktives Lasermedium enthaltenden Gas gefüllt ist, und in dessen Wand sich von seinem einen Ende aus eine Aussenkung mit einem den Durchmesser der Längsbohrung übersteigenden Durchmesser erstreckt und mit einem in der Aussenkung angeordneten Brewster-Fenster, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aussenkung (32-2) ein hohlzylindrisches Einsatzteil (38) mit koaxialer Bohrung angeordnet ist, dessen Innendurchmesser kleiner und enger toleriert ist als derjenige der Längsbohrung (14-2) des Entladungsrohrs (12-2).

2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Einsatzteil (38) mit einer bezüglich der Bohrungsachse im Brewster-Winkel liegenden Endfläche an einer der beiden ebenen Oberflächen des Brewster-Fensters (36) anliegt, und daß in der Aussenkung (32-2) ein zweites hohlzylindrisches Einsatzteil (40) eingesetzt ist, das ebenfalls eine bezüglich der Bohrungsachse im Brewster-Winkel liegende Endfläche aufweist, mit der es an der anderen ebenen Oberfläche des Brewster-Fensters (36) anliegt.

3. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Einsatzteil (40) aus einem elastischen Material besteht, welches ursprünglich zu einer geringfügigen Unrundheit deformiert worden ist, und bei Anordnung innerhalb der Aussenkung (32-2) das erste Einsatzteil (38) und das Brewster-Fenster (36) innerhalb der Aussenkung fest einspannt, und daß sein Innendurchmesser etwas größer ist als der Innendurchmesser des ersten Einsat/teils (38).